数字式传感器剖析学习教案.pptx

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1、会计学1数字式传感器剖析数字式传感器剖析(pux)第一页，共52页。第2页/共52页第二页，共52页。2）圆光栅）圆光栅(gungshn)刻划在玻璃盘上的光栅称为圆光栅也称光栅盘，用来测量角度或角位移。刻划在玻璃盘上的光栅称为圆光栅也称光栅盘，用来测量角度或角位移。根据栅线刻划的方向，圆光栅分两种，一种是径向光栅，其栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心根据栅线刻划的方向，圆光栅分两种，一种是径向光栅，其栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心(yunxn)；另一种是切向光栅，其全部栅线与一个和光栅盘同心的直径只有零点儿或几个毫米的小圆相切；另一种是切向光栅，其全部栅线与一个和光栅盘同心的直径只有零点儿或几

2、个毫米的小圆相切若按光线的走向，圆光栅只有透射光栅。若按光线的走向，圆光栅只有透射光栅。第3页/共52页第三页，共52页。2.2.2.2.光栅光栅光栅光栅(gungshn)(gungshn)(gungshn)(gungshn)测量系统（光栅测量系统（光栅测量系统（光栅测量系统（光栅(gungshn)(gungshn)(gungshn)(gungshn)读数头）读数头）读数头）读数头）第4页/共52页第四页，共52页。第5页/共52页第五页，共52页。第6页/共52页第六页，共52页。二二二二.光栅光栅光栅光栅(gungshn)(gungshn)(gungshn)(gungshn)传感器的工作原

3、理传感器的工作原理传感器的工作原理传感器的工作原理1.1.莫尔条纹的形成及其特征莫尔条纹的形成及其特征 当指示光栅和标尺光栅的刻线当指示光栅和标尺光栅的刻线相交一个微小的夹角时相交一个微小的夹角时,光源光源照射光栅尺，由于挡光效应，照射光栅尺，由于挡光效应，两块光栅刻线的相交处形成亮两块光栅刻线的相交处形成亮带，而在刻线彼此错开处形成带，而在刻线彼此错开处形成暗带。在与光栅线纹大致垂直暗带。在与光栅线纹大致垂直的方向上的方向上,产生出亮暗相间的产生出亮暗相间的条纹条纹,这些这些(zhxi)(zhxi)条纹称为条纹称为“莫尔条纹莫尔条纹”。第7页/共52页第七页，共52页。第8页/共52页第八页

4、，共52页。莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹(tio wn)(tio wn)的的的的特征特征特征特征1)1)放大放大(fngd)(fngd)作用作用放大倍数放大倍数(bish)(bish)为为 1/,1/,越小越小,B,B越大。越大。例如例如=0.1=0.1时时 =0.1=0.12/360 =0.1=0.12/360 =0.00175432rad=0.00175432radW=0.02mm BH=11.4592mmW=0.02mm BH=11.4592mm。第9页/共52页第九页，共52页。2)2)2)2)对应对应对应对应(duyng)(duyng)(duyng)(duyng)关系关系关系关系

5、第10页/共52页第十页，共52页。第11页/共52页第十一页，共52页。3）误差误差(wch)的平均效应的平均效应光电元件对光栅的栅距误差光电元件对光栅的栅距误差(wch)具有消差作用。具有消差作用。莫莫尔尔条条纹纹由由光光栅栅的的大大量量刻刻线线形形成成,对对线线纹纹的的刻刻划划误误差差(wch)有有平平均均抵抵消消作作用用,几几条条刻刻线线的的栅栅距距误误差差(wch)或或断断裂裂对对莫莫尔尔条条纹纹的的位位置置和和形形状状影影响响甚微。能在很大程度上消除短周期误差甚微。能在很大程度上消除短周期误差(wch)的影响。的影响。例例W=0.02mm,接接收收元元件件尺尺寸寸1010mm2,在

6、在10mm范范围围内内有有500条条刻刻线线参参与与工工作作，某某几几条条刻刻线线误误差差(wch)对对莫莫尔尔条条纹纹位位置置和和形形状状基基本本无无影影响。响。第12页/共52页第十二页，共52页。2.2.2.2.辨向原理辨向原理辨向原理辨向原理(yunl)(yunl)(yunl)(yunl)及辨向电路及辨向电路及辨向电路及辨向电路1 1）为什么要辨向）为什么要辨向 当可动光栅（主光栅）无论向当可动光栅（主光栅）无论向前或向后移动时，在一固定点前或向后移动时，在一固定点安装的光电元件只能接收到莫安装的光电元件只能接收到莫尔条纹尔条纹(tio wn)(tio wn)明暗交替的明暗交替的变化，

7、后面的数字电路都将发变化，后面的数字电路都将发生同样的计数脉冲，从而无法生同样的计数脉冲，从而无法辨别光栅移动的方向，也不能辨别光栅移动的方向，也不能正确测量出有往复移动时位移正确测量出有往复移动时位移的大小。因而必须在测量电路的大小。因而必须在测量电路中加入辨向电路。中加入辨向电路。第13页/共52页第十三页，共52页。2 2 2 2）辨向原理）辨向原理）辨向原理）辨向原理(yunl)(yunl)(yunl)(yunl)与辨向电路与辨向电路与辨向电路与辨向电路第14页/共52页第十四页，共52页。辨向电路辨向电路辨向电路辨向电路(dinl)(dinl)第15页/共52页第十五页，共52页。设

8、计数器记得脉冲数为设计数器记得脉冲数为N，位移，位移 x=N W 光栅测量位移属于光栅测量位移属于(shy)增量式测量。增量式测量。第16页/共52页第十六页，共52页。三三三三.细分技术细分技术细分技术细分技术(jsh)(jsh)n n目的：提高分辨力（测量比栅距更小的位移量）。目的：提高分辨力（测量比栅距更小的位移量）。目的：提高分辨力（测量比栅距更小的位移量）。目的：提高分辨力（测量比栅距更小的位移量）。n n细分思想：在一个栅距即一个莫尔条纹信号变化细分思想：在一个栅距即一个莫尔条纹信号变化细分思想：在一个栅距即一个莫尔条纹信号变化细分思想：在一个栅距即一个莫尔条纹信号变化周期内周期内

9、周期内周期内,发出发出发出发出n n n n脉冲脉冲脉冲脉冲,每个脉冲代表原来每个脉冲代表原来每个脉冲代表原来每个脉冲代表原来(yunli)(yunli)(yunli)(yunli)栅距的栅距的栅距的栅距的1/n1/n1/n1/n。由于细分后计数脉冲频率。由于细分后计数脉冲频率。由于细分后计数脉冲频率。由于细分后计数脉冲频率提高了提高了提高了提高了n n n n倍倍倍倍,因此也称之为因此也称之为因此也称之为因此也称之为n n n n倍频。倍频。倍频。倍频。n n细分类型：细分类型：细分类型：细分类型：n n 电子细分又分为四倍频直接细分和电位器桥细电子细分又分为四倍频直接细分和电位器桥细电子细

10、分又分为四倍频直接细分和电位器桥细电子细分又分为四倍频直接细分和电位器桥细分。分。分。分。第17页/共52页第十七页，共52页。1.四倍频细分四倍频细分在相差在相差B/4位置上安放两个光电元件，得到两个相差位置上安放两个光电元件，得到两个相差/2电压电压(diny)信号（信号（S和和C），将这两个信号整形、反相得到四个依次相差），将这两个信号整形、反相得到四个依次相差/2的电压的电压(diny)信号。信号。0（S），），90（C）180（S）270（C）。）。在光栅作相对运动时，经过微分电路，在正向运动时，得到四个微分脉冲在光栅作相对运动时，经过微分电路，在正向运动时，得到四个微分脉冲(mic

11、hng)（加计数脉冲（加计数脉冲(michng)）；反向运动时，得到四个微分脉冲）；反向运动时，得到四个微分脉冲(michng)（减计数脉冲（减计数脉冲(michng)）。）。第18页/共52页第十八页，共52页。2.2.电位器桥（电阻链）细分电位器桥（电阻链）细分实现实现(shxin)(shxin)方法及原理方法及原理 四细分后得到的四个相位差为四细分后得到的四个相位差为9090度的交流信号度的交流信号Umsin,UmcosUmsin,Umcos和和-Umsin,-Umcos-Umsin,-Umcos。以这四个交流信号为原函数（两原函数间各接几个电位器，构成电位器桥，把。以这四个交流信号为原

12、函数（两原函数间各接几个电位器，构成电位器桥，把=0-360=0-360度度,（x=0-Wx=0-W）分成四个象限。分成四个象限。每一个象限，由于电压的合成与电位器的移相作用，电阻链上各电位器中间抽头得到幅值各不相同的一系列移相信号（新函数）。每一个象限，由于电压的合成与电位器的移相作用，电阻链上各电位器中间抽头得到幅值各不相同的一系列移相信号（新函数）。第19页/共52页第十九页，共52页。第20页/共52页第二十页，共52页。四四四四.光栅光栅光栅光栅(gungshn)(gungshn)数显装置数显装置数显装置数显装置第21页/共52页第二十一页，共52页。n n主要芯片简介主要芯片简介n

13、 n1.1.光栅信号处理芯片光栅信号处理芯片(HKF710502)(HKF710502)n n 主要功能：信号的同步、整主要功能：信号的同步、整形、四细分、辨向、加减控制、形、四细分、辨向、加减控制、参考零位参考零位(ln wi)(ln wi)信号的处信号的处理、记忆功能的实线和分辨率理、记忆功能的实线和分辨率的选择等。的选择等。n n2.2.逻辑控制芯片（逻辑控制芯片（HKE701314HKE701314）n n 主要功能：为整机提供高频主要功能：为整机提供高频和低频脉冲；完成和低频脉冲；完成BCDBCD译码；译码；XJXJ校验及超速报警。校验及超速报警。n n3.3.可逆计数与零位可逆计数

14、与零位(ln wi)(ln wi)记忆芯片（记忆芯片（HKE701201)HKE701201)n n 主要功能：接收从光栅信号主要功能：接收从光栅信号处理芯片传来的计数脉冲，完处理芯片传来的计数脉冲，完成可逆计数；接收参考零位成可逆计数；接收参考零位(ln wi)(ln wi)脉冲，使计数器确脉冲，使计数器确定参考零位定参考零位(ln wi)(ln wi)的数值，的数值，同时也完成清零、置数、记忆同时也完成清零、置数、记忆等功能。等功能。第22页/共52页第二十二页，共52页。五五五五.光栅光栅光栅光栅(gungshn)(gungshn)传传传传感器的应用感器的应用感器的应用感器的应用第23页

15、/共52页第二十三页，共52页。3.2 3.2 3.2 3.2 旋转式光电编码器旋转式光电编码器旋转式光电编码器旋转式光电编码器一一一一.增量式旋转增量式旋转增量式旋转增量式旋转(xunzhu(xunzhu n)n)光电编码光电编码光电编码光电编码器器器器1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理第24页/共52页第二十四页，共52页。2.2.2.2.增量增量增量增量(zn lin)(zn lin)(zn lin)(zn lin)式光电盘式光电盘式光电盘式光电盘第25页/共52页第二十五页，共52页。第26页/共52页第二十六页，共52页。4.4.旋转方向旋转方向旋转方向旋转方向(fngxing

16、)(fngxing)的判别的判别的判别的判别第27页/共52页第二十七页，共52页。二二二二.绝对绝对绝对绝对(judu)(judu)(judu)(judu)式光电编码器式光电编码器式光电编码器式光电编码器1.1.1.1.测量测量测量测量(cling)(cling)(cling)(cling)原理原理原理原理第28页/共52页第二十八页，共52页。2.2.2.2.绝对绝对绝对绝对(judu)(judu)(judu)(judu)式光电码盘式光电码盘式光电码盘式光电码盘第29页/共52页第二十九页，共52页。第30页/共52页第三十页，共52页。3.3.3.3.循环码盘循环码盘循环码盘循环码盘1）

17、编码规则）编码规则将二进制码右移将二进制码右移 一位并舍去最末位与原二进制做不进位加法。一位并舍去最末位与原二进制做不进位加法。2）特点）特点(tdin)相邻两个数码之间只有一位变化。相邻两个数码之间只有一位变化。第31页/共52页第三十一页，共52页。4.4.提高提高提高提高(t go)(t go)分辨率的方法插分辨率的方法插分辨率的方法插分辨率的方法插值法值法值法值法第32页/共52页第三十二页，共52页。三三三三.光电编码器的应用光电编码器的应用光电编码器的应用光电编码器的应用(yngyng)(yngyng)(yngyng)(yngyng)1.1.1.1.在数控机床在数控机床在数控机床在

18、数控机床(sh kn j(sh kn j(sh kn j(sh kn j chun)chun)chun)chun)中的应用中的应用中的应用中的应用第33页/共52页第三十三页，共52页。2.2.2.2.角度角度角度角度(jiod)(jiod)(jiod)(jiod)及转速的测量及转速的测量及转速的测量及转速的测量 脉冲频率法脉冲频率法脉冲频率法脉冲频率法第34页/共52页第三十四页，共52页。脉冲脉冲脉冲脉冲(michng)(michng)周期法周期法周期法周期法第35页/共52页第三十五页，共52页。3.3 直线式感应同步器直线式感应同步器一.直线式感应同步器的结构(jigu)第36页/共5

19、2页第三十六页，共52页。第37页/共52页第三十七页，共52页。二二二二.工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理第38页/共52页第三十八页，共52页。三三三三.数显装置数显装置数显装置数显装置(zhungzh)(zhungzh)1.1.1.1.鉴幅式鉴幅式鉴幅式鉴幅式第39页/共52页第三十九页，共52页。2.2.主要主要主要主要(zh(zh yo)yo)性能指标性能指标性能指标性能指标1 1 1 1）精度）精度）精度）精度 在整个测量范围内作静态测量时的显示值与被测实际在整个测量范围内作静态测量时的显示值与被测实际在整个测量范围内作静态测量时的显示值与被测实际在整个

20、测量范围内作静态测量时的显示值与被测实际(shj)(shj)(shj)(shj)值值值值的最大可能偏离量，用正负偏差表示的最大可能偏离量，用正负偏差表示的最大可能偏离量，用正负偏差表示的最大可能偏离量，用正负偏差表示2 2 2 2）分辨力）分辨力）分辨力）分辨力 系统能反映的最小位移变化量。在数字系统中分辨力与脉冲当量系统能反映的最小位移变化量。在数字系统中分辨力与脉冲当量系统能反映的最小位移变化量。在数字系统中分辨力与脉冲当量系统能反映的最小位移变化量。在数字系统中分辨力与脉冲当量或最低为显示数字一致。所谓脉冲当量或最低为显示数字一致。所谓脉冲当量或最低为显示数字一致。所谓脉冲当量或最低为显

21、示数字一致。所谓脉冲当量q q q q是指一个脉冲所对应的是指一个脉冲所对应的是指一个脉冲所对应的是指一个脉冲所对应的机械位移变化量。对于线位移测量，可用下式计算：机械位移变化量。对于线位移测量，可用下式计算：机械位移变化量。对于线位移测量，可用下式计算：机械位移变化量。对于线位移测量，可用下式计算：式中：式中：W W节距节距 n n系统系统(xtng)(xtng)的细分数的细分数第40页/共52页第四十页，共52页。3 3）跟踪）跟踪）跟踪）跟踪(gnzng)(gnzng)速度速度速度速度 当机械运动大于系统所允许的跟踪速度时，增量脉冲当机械运动大于系统所允许的跟踪速度时，增量脉冲当机械运动

22、大于系统所允许的跟踪速度时，增量脉冲当机械运动大于系统所允许的跟踪速度时，增量脉冲(michng)(michng)(michng)(michng)跟不上机械位移增量，就会发生丢失节距而跟不上机械位移增量，就会发生丢失节距而跟不上机械位移增量，就会发生丢失节距而跟不上机械位移增量，就会发生丢失节距而不能正常工作的情况。系统的允许跟踪速度不能正常工作的情况。系统的允许跟踪速度不能正常工作的情况。系统的允许跟踪速度不能正常工作的情况。系统的允许跟踪速度uiuiuiui为为为为式中：式中：fi-fi-增量脉冲频率增量脉冲频率(pnl)(pnl)q-q-脉冲当量脉冲当量第41页/共52页第四十一页，共5

23、2页。四四四四.安装安装安装安装(nzhung)(nzhung)使用使用使用使用注意事项注意事项注意事项注意事项 安装安装安装安装(nzhung)(nzhung)结构图如下所示。完整的感应同步器有结构图如下所示。完整的感应同步器有结构图如下所示。完整的感应同步器有结构图如下所示。完整的感应同步器有定尺组件、滑尺组件和防护罩三部分。定尺组件、滑尺组件和防护罩三部分。定尺组件、滑尺组件和防护罩三部分。定尺组件、滑尺组件和防护罩三部分。第42页/共52页第四十二页，共52页。感应同步器的安装要求感应同步器的安装要求感应同步器的安装要求感应同步器的安装要求(yoqi)(yoqi)如如如如下：下：下：下

24、：第43页/共52页第四十三页，共52页。五五五五.感应同步器的应用感应同步器的应用感应同步器的应用感应同步器的应用(yngyng)(yngyng)1.1.1.1.机床机床机床机床(jchung)(jchung)(jchung)(jchung)闭环闭环闭环闭环控制控制控制控制第44页/共52页第四十四页，共52页。2.2.定位定位定位定位(dngwi)(dngwi)控制控制控制控制第45页/共52页第四十五页，共52页。3.3.随动控制随动控制随动控制随动控制(kngzh)(kngzh)第46页/共52页第四十六页，共52页。3.4 3.4 旋转旋转旋转旋转(xunzhu(xunzhu n)n

25、)变压器变压器变压器变压器一一一一.旋转旋转旋转旋转(xunzhun)(xunzhun)(xunzhun)(xunzhun)变变变变压器的结构压器的结构压器的结构压器的结构第47页/共52页第四十七页，共52页。二二二二.旋转旋转旋转旋转(xunzhu(xunzhu n)n)变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理变压器的工作原理1.1.1.1.两级绕组两级绕组两级绕组两级绕组(roz)(roz)(roz)(roz)式的工作式的工作式的工作式的工作原理原理原理原理第48页/共52页第四十八页，共52页。2.2.四级绕组式的工作四级绕组式的工作四级绕组式的工作四级绕组式的工作(gngzu

26、)(gngzu)方式方式方式方式1 1 1 1）鉴相工作）鉴相工作）鉴相工作）鉴相工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)方式方式方式方式定子绕组分别通以同幅值、定子绕组分别通以同幅值、同频率、相位相差同频率、相位相差(xin(xin ch)90ch)90度的交流电压。度的交流电压。根据叠加原理，转子绕组中根据叠加原理，转子绕组中的感应电压为这两个电压的的感应电压为这两个电压的代数和，即代数和，即第49页/共52页第四十九页，共52页。2 2）鉴幅式工作）鉴幅式工作）鉴幅式工作）鉴幅式工作(gngzu)(gngzu)方式方式方式方式 当两个定子当两个定子当两个定子当两个定子

27、(dngz(dngz)绕组分别通以同频率、同相位，单幅值不同的交绕组分别通以同频率、同相位，单幅值不同的交绕组分别通以同频率、同相位，单幅值不同的交绕组分别通以同频率、同相位，单幅值不同的交流电压流电压流电压流电压其幅值分别其幅值分别(fnbi)(fnbi)为为 定子绕组的电气角，转子上的叠加电压为定子绕组的电气角，转子上的叠加电压为由上式可知，转子输出电压的幅值随转子的转角而变化，因此只要测出电压幅值的变化则可知的角位移的变化。由上式可知，转子输出电压的幅值随转子的转角而变化，因此只要测出电压幅值的变化则可知的角位移的变化。第50页/共52页第五十页，共52页。三三三三.旋转旋转旋转旋转(xunzhu(xunzhu n)n)变变变变压器的应用压器的应用压器的应用压器的应用在数控机床在数控机床(sh kn j chun)中的应用中的应用第51页/共52页第五十一页，共52页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第52页/共52页第五十二页，共52页。